仿真和實驗結果證明了采用所提控制器參數設計方法能夠有效減少控制器參數設計工作量，并且取得良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能。

基于背靠背全功率變流器的直驅永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)（Direct Permanent Magnet SynchronousGenerator Wind Generation System, D-PMSG-WGS）具有效率高、抗電網故障能力強等優(yōu)點[1]，正逐漸成為研究熱點。背靠背變流器按照直流環(huán)節(jié)儲能元件的不同分為電壓源型變流器（Voltage SourceConverter, VSC）和電流源型變流器（Current Source Converters, CSC）[2]。一般背靠背變流器的控制分為機側控制和網側控制，且控制器主要采用PI控制這種經典且實用的控制結構[3-5]。

為了獲得最優(yōu)的控制系統(tǒng)閉環(huán)性能，現有文獻大都是根據系統(tǒng)的傳遞函數幅頻特性來設計控制器參數。在工程應用中的經典方法是在忽略延時、采樣濾波等環(huán)節(jié)后將系統(tǒng)傳遞函數近似為一階或二階系統(tǒng)再采用零極點對消的方法進行比例積分（Proportional-Integral,PI）參數的簡單設計[6-8]，但這些處理導致計算結果不夠準確，從而使得控制效果不好，往往需要對計算得到的控制器參數進行再調節(jié)。

近年來隨著智能算法研究的深入，部分文獻在控制器參數設計中引入了一些復雜的PI參數智能優(yōu)化算法，如自適應全局最優(yōu)和聲搜尋（Self- adaptiveGlobal Best Harmony Search, SGHS）算法[9]、改進粒子群（Particle SwarmOptimization, PSO）算法[10]、神經元算法（NeuronAlgorithm, NA）[11]和混合遺傳算法（Hybrid Genetic Algorithm, HGA）[12]等。

這些算法雖然準確有效，但是由于其復雜的計算過程而不具有通用性，如采用PSO算法和HGA等都需要針對特定系統(tǒng)構造需要的目標函數，這意味著當系統(tǒng)結構、功率等級、控制目標等發(fā)生變化時，需要投入額外工作量以重新配置智能算法計算所需參數。由此可見，PI參數設計方法應當全面考慮準確性和通用性。

文獻[13]中提出一種基于主導極點和幅值裕度的方法，但在傳遞函數建模中，未考慮實際應用中的死區(qū)延時和系統(tǒng)的阻尼特性。傳遞函數建模應當如文獻[14]中所示，考慮到實際系統(tǒng)的死區(qū)延時和濾波延時等影響因素。設計者可參照文獻[15]中給出的考慮了實際系統(tǒng)非線性特性和期望的幅值、相位裕度直接計算得到控制器PI參數。

上述方法主要是針對電壓源型PMSG-WGS的控制器設計，考慮到電壓源型變換器和電流源型變換器系統(tǒng)在結構和控制上的不同，基于電流源型的永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)（Permanent MagnetSynchronous Generator Wind Generation System based on Current Source Converter,CSC-PMSG-WGS）的控制器參數設計方法也有不同。

本文提出一種基于解析計算的CSC-PMSG- WGS控制器參數設計方法。該方法在推導考慮工程實際情況的控制系統(tǒng)傳遞函數基礎上，得出PI參數解析計算式，進而按照系統(tǒng)性能要求和系統(tǒng)參數確定計算式中的關鍵參數從而計算PI參數值。簡便起見，本文以CSC-PMSG-WGS系統(tǒng)機側控制器為例對所提出的方法進行詳細闡述，并給出一個10kW機側系統(tǒng)的控制器設計過程，對設計結果進行了仿真和實驗驗證。

圖1CSC-PMSG-WGS系統(tǒng)結構圖

結論

本文建立了考慮系統(tǒng)實際情況的電流源型永磁同步風力發(fā)電系統(tǒng)機側系統(tǒng)傳遞函數模型，根據系統(tǒng)穩(wěn)定條件得到電流、轉速環(huán)的控制器PI參數解析計算公式，并以10kW機側系統(tǒng)為例，給出其系統(tǒng)參數，詳細介紹了如何選取適合控制性能需要的開環(huán)截止頻率和相位裕度，并設計了系統(tǒng)控制器PI參數。

仿真和實驗結果證明了采用本文所提出控制器參數設計方法能夠有效減少控制器參數設計工作量，并能取得良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制性能。下一步的研究方向是對PI參數的解析計算公式進行化簡，進而對不同系統(tǒng)之間的PI參數關系進行研究。這對于探究不同系統(tǒng)之間的通用PI控制器參數設計具有重要意義。